EP1091795A1 - Faltenfilter - Google Patents

Faltenfilter

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Publication number
EP1091795A1
EP1091795A1 EP99929300A EP99929300A EP1091795A1 EP 1091795 A1 EP1091795 A1 EP 1091795A1 EP 99929300 A EP99929300 A EP 99929300A EP 99929300 A EP99929300 A EP 99929300A EP 1091795 A1 EP1091795 A1 EP 1091795A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pleated filter
folds
filter according
pleated
edge region
Prior art date
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Granted
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EP99929300A
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English (en)
French (fr)
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EP1091795B1 (de
Inventor
Otmar Köhler
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Priority claimed from DE19829100A external-priority patent/DE19829100C1/de
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1091795A1 publication Critical patent/EP1091795A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1091795B1 publication Critical patent/EP1091795B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/52—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material
    • B01D46/521—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material
    • B01D46/523—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material with means for maintaining spacing between the pleats or folds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L9/00—Details or accessories of suction cleaners, e.g. mechanical means for controlling the suction or for effecting pulsating action; Storing devices specially adapted to suction cleaners or parts thereof; Carrying-vehicles specially adapted for suction cleaners
    • A47L9/10—Filters; Dust separators; Dust removal; Automatic exchange of filters
    • A47L9/14—Bags or the like; Rigid filtering receptacles; Attachment of, or closures for, bags or receptacles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2265/00—Casings, housings or mounting for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2265/06—Details of supporting structures for filtering material, e.g. cores

Definitions

  • the invention relates to pleated filters according to the preambles of claims 1, 2 and 3.
  • Such pleated filters for the separation of solids from fluid media such as liquids and gases such as Air are known; they enable large filter areas to be accommodated in the smallest of spaces and thus the accumulation of large amounts of solids. With high pressure differences between the inflow and outflow sides, due to the fleece structure and shape and the filter size, the filter surfaces become clogged.
  • the invention is based on the object of specifying pleated filters according to the preambles of claims 1, 2 and 3, in which there is a noticeable increase in the structural strength against buckling at high pressure differences and an extension of the service life without the need for external supports and / or The thickness is reduced by pulling out.
  • the additional costs should be kept within limits, no filter surface should be lost due to contact or even welding between the folds or filter surfaces, and / or the flow resistance should be kept as low as possible even over long periods.
  • energy input is understood to mean the use of all joining processes in which heat and / or pressure acts on the fiber material and / or its components without and with filler material, such as ultrasound, thermal embossing, laser radiation, welding, in particular welding according to DIN 1910 and joining processes according to DIN 8593.
  • the subject matter of claim 1 is tubular stiffeners of the filter surfaces themselves, ie stiffeners that enlarge the effective filter surface and also overlap at least along the fold lines transversely to the course of the tubes and are also irreversibly connected to one another in the overlap regions by linear plasticization are.
  • stiffeners that enlarge the effective filter surface and also overlap at least along the fold lines transversely to the course of the tubes and are also irreversibly connected to one another in the overlap regions by linear plasticization are.
  • not only is there no pulling or stretching of the fiber material, but, with the strength remaining the same, there is even an increase in the effective Filter surfaces.
  • the subject matter of claim 3 is a pleated filter in which the folds are fixed in a stiffened edge area, the increase in strength also being transferred to the folded area between the edge areas.
  • the aim of the invention is further to produce a product from such filter elements, in which the stability and stiffening of the edge area is also significantly increased.
  • the further developments described below also solve the problem of producing a product from the filter elements already described, the stability of which is also significantly increased in the edge area. This happens among other things Via line-like and / or area-like plastifications on the peripheral or one-sided edge areas, which will be explained in more detail below. Among other things, this creates a dimensionally accurate and application-specific product, which can be produced cost-effectively in the same production line and which can also be disposed of in an environmentally friendly manner.
  • edge area there are various consolidation methods in the edge area, which can also be combined with one another, namely all-round frames, e.g. by folding over the edges and / or folds on the outside, which are welded in the edge area.
  • the single-type filter unit generated from the filter element is suitable for direct integration into a filter housing. Thanks to the solidified shape, it is firmly and tightly installed. The plastifications stiffen the entire filter unit and produce precise positioning, so that simple post-processing is also possible.
  • FIG. 1 shows a plan view of a flat filter section with undulating or tubular folds between and across the joining zones
  • FIGS. 2 to 5 cross sections through different folding forms on a greatly enlarged scale
  • FIG. 6 shows a cross section through a folded filter section with a wave or tube structure running transversely to the fold lines
  • Figure 7 shows the detail in the circle VII in Figure 6 on an enlarged scale.
  • FIG. 8 shows the sections in the circle VIII in FIG. 6 on an enlarged scale.
  • FIG. 9 shows a variant of the object according to FIG. 1,
  • FIG. 10 shows a further variant of the object according to FIG. 1,
  • FIG. 1 1 shows a variant of the object according to FIG. 1 with webs or strips projecting on both sides of the filter surfaces
  • FIG. 12 the upper part of a variant of the object according to FIG. 11, in which the webs or strips are placed on the upstream side by means of opposite folding between the filter surfaces
  • FIGS. 13 and 14 show a variant of the object according to FIG. 11 with webs or strips protruding on the upstream side, which are formed by double folding, on an enlarged scale.
  • FIG. 15 is a perspective view of a pleated filter folded several times in a roof shape with a peripheral edge reinforcement
  • FIG. 16 shows an end view of a pleated filter folded several times in a roof shape before the formation of a peripheral edge reinforcement
  • FIG. 17 shows a side view of the object from FIG. 16 in the direction of arrow XVI I in FIG. 16,
  • FIG. 18 shows an end view of a pleated filter folded several times in a roof shape after compression of the edge area
  • FIG. 19 shows a side view of the object from FIG. 18 in the direction of the arrow XIX in FIG. 18,
  • FIG. 20 shows an end view of a pleated filter folded several times in a roof shape after the formation of a peripheral edge reinforcement
  • FIG. 21 shows a side view of the object from FIG. 20 in the direction of arrow XXI in FIG. 20,
  • FIG. 22 shows an end view of a pleated filter folded several times in a roof shape after the formation of a circumferential edge reinforcement analogous to FIG. 20, but with a plasticization of the end ends of the folds,
  • FIG. 23 shows a side view of the object from FIG. direction of arrow XXIII in FIG. 22,
  • FIG. 24 shows the object from FIG. 23, but with an additional material applied to the edge area
  • FIG. 25 shows a variant of the object according to FIG. 24 with an attachment of the edge area between two frame parts or flanges
  • FIG. 26 shows the connection of two adjacent pleated filters by means of a connecting rail
  • FIG. 27 shows a pleated filter with a lateral connector, designed for use in a vacuum cleaner
  • FIG. 28 shows a pleated filter with an end-side connector, designed for use in a vacuum cleaner
  • FIG. 29 shows a perspective view of an essentially flat-lying pleated filter with tubular folds and a peripheral edge reinforcement
  • FIG. 30 shows an end view of a multiple-fold filter, designed as a pocket filter
  • FIG. 31 shows a side view of the pocket filter according to FIG. 30 in the direction of arrow XXXI in FIG. 30 on a reduced scale
  • FIG. 33 shows an end view of a variant of the object according to FIG. 15,
  • FIG. 34 shows a plan view of the object according to FIG. 33, Figures 35 and 36 combinations of a pleated filter according to Figure 15, including with
  • Filter material that consists at least partially of activated carbon
  • FIG. 37 shows a plan view of an essentially flat-lying pleated filter analogous to FIG. 29 with folds and a peripheral edge reinforcement
  • Figure 1 shows a plan view of the upstream side of a flat filter section made of a material web 2 with five fold lines 3, between which filter surfaces 5 are arranged with folds 6 and 8, which are perpendicular to the fold lines 3.
  • These folds form tubes 15, the possible cross sections of which are explained in more detail with reference to FIG. 3. Shown is the fixation of this state along the fold lines 3 by strip-shaped joining zones 7 with limited width, which coincide with or form the folding lines 3, and through which the fiber material at the crossing points of the folds 6 and 8 with the joining zones 7 compared to the original thickness plasticized, compacted, welded and connected. Dashed lines indicate areas of overlap "D" which are explained in more detail with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the tubes 15 formed by the alternating folds 6 and 8 have a barrel-shaped appearance with the same widths in the region of the joining zones 7 in the plan view shown. It can also be advantageous to provide different widths of wave crests and wave troughs. In the intersection areas, the wave valleys and the wave crests are practically forced into one plane, the so-called "fold plane", with the fold lines 3 and fold edges 4, and the folds are thereby fixed, which is indicated in FIGS. 2 and 4. In this case, the end points of the tubes 15 are in the joining zones 7 at the corners of an imaginary rectangle. Such a tube 15 is shown in solid lines in FIG.
  • this tube 15 can have different diameters, and this diameter can also differ over the length of each individual tube 15, which is indicated by dashed lines. It is crucial that the circumference of the tube 15 extends over more than 180 °, for example over about 270 °, whereby overlap regions "D" are formed which are important for the joining process.
  • FIGS. 6 to 8 show a pleated filter 1 with a material web 2 made of a fleece or fiber material made of thermoplastic fibers with fold lines 3 or fold edges 4, which in this case coincide and between them the wavy filter surfaces 5 or tubes 15 lock in.
  • These tubes 15, which are highlighted plastically by point shading, are of particular importance in this exemplary embodiment for the stability of the filter surfaces 5; according to FIG. 3, they enclose a tube cross section by more than 180 ° and are produced by folding or corrugating by contraction of the width of the material web 2 and not by stretching and "thinning" the fiber material. The extent of more than 180 ° also creates the prerequisite for the formation of the overlap regions "D" described in more detail above with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the fiber material is in the region of the joining zones 7 on both long sides of the filter surfaces 5, that is to say perpendicular to the plane of the drawing, by a process from the group compression, joining (thermal welding or Welding by ultrasound) and embossing plasticized with respect to the original state and thereby compressed and solidified to a kind of film hinge, which is indicated by the black compression areas 9 and 10 in FIGS. 7 and 8.
  • the dimensions D1 and D2 are between 0.2 and 20 mm.
  • the folds 6 and 8 form a type of tube 15 which is open on one side (towards the upstream side) and which can have different cross sections and spacings for different filters.
  • the direction of flow is indicated by arrows 12.
  • such a filter shape not only increases the rigidity against deformation due to pressure differences, but also the filter area and thus the service life.
  • the joining zones 7a and 7b do not have to be continuous, but can also be interrupted or punctiform.
  • the joining zones 7a and 7b are located at the corners of an imaginary parallelogram, so that the tubes 15 have approximately the shape of bulbous bottles.
  • the fold lines 3b later form the "roof ridges" of the finished pleated filter which face the upstream side.
  • the tubes 15 At the opposite ends (in the area of the fold lines 3a, ie on the outflow side), the tubes 15 have a smaller cross section, or a spatial shape that extends further into the free space. This further reduces the risk of the tubes touching one another, which, when folded, run in a wedge shape with respect to one another (see also FIG. 6).
  • FIG. 10 shows that the joining zones 7 of adjacent tubes 15, shown as black dots, can be arranged offset by half the length of these joining zones.
  • This embodiment is particularly suitable for a simple pleated filter in which a main surface 16 remains in the flat state.
  • Such an analog pleated filter is shown by way of example in FIG. 29.
  • FIG. 11 shows a variant of the object according to FIG. 6 in such a way that the filter surfaces 5 are provided with protruding webs or strips 11 on the inflow and outflow sides, which - starting from the fold lines 3 or fold edges 4 - around the Dimensions of the areas B1 and B2 extend inward towards the filter surfaces 5 and are plasticized, compacted at the transition points to paired film hinges 11a, and firmly connected by welding in these areas B1 and B2, which is also indicated here by black areas.
  • These webs 11 form integrated stiffening elements with a high resistance to bending and denting.
  • the dimensions of areas B1 and B2 can be the same, but do not have to be.
  • FIG. 12 shows a further variant of the object according to FIG. 11, in which the webs or strips 11 are placed between the filter surfaces 5 on the upstream side (above) by means of opposite folds, in particular the fold line 3a.
  • the fiber material or fleece is compressed and bonded in the areas B3, which is also indicated here by black areas.
  • the film hinges 11 a formed in pairs are particularly emphasized in FIGS. 11 and 12.
  • FIGS. 13 and 14 show a further variant of the object according to FIGS. 11 and 12 with webs or strips 13 protruding on both sides of the filter surfaces 5 towards the upstream side, whereby these pass through Double folds are formed.
  • the double folds have three j ⁇ slt edges 4a, 4b and 4c, in such a way that in each case four layers of the material web 2 lie one on top of the other and are compressed in a region B4 and are connected to one another by welding, the two film hinges 13a being formed at the same time. This increases the structural strength even further.
  • the fiber material or fleece is plasticized, compressed and bonded in the region B4, which is also indicated here by a black area.
  • the dimensions B1, B2, B3 and B4 can be between 1 and 30 mm.
  • Figure 13 shows the process immediately after folding, Figure 14 after plasticizing.
  • the folded edge 4a can also be placed deeper between the filter surface 5, which is indicated in FIG. 13 by the dashed line 4d.
  • the double or multiple folds are preferably arranged at least on the inflow side, because higher forces prevail here and the double folds are subjected to pressure and bulging.
  • the webs on the upstream side serve to a certain extent as suspensions for the filter surfaces, while only tensile stresses occur on the downstream side, so that there is sufficient resistance to inadmissible deformation despite slimmer (or no) stiffeners.
  • the tubes 15 do not necessarily have to be present, but they additionally increase the rigidity of the filter surfaces, in particular in the case of large filter surfaces 5 or in the case of large distances between the fold lines 3 and 3a or fold edges 4 and 4a .
  • the overlapping areas "D" according to FIGS. 1, 2 and 4 are also not absolutely necessary in these exemplary embodiments.
  • each of the roof surfaces contains the folds 6 and 8 already described, or the tubes formed thereby, which run in the “downward direction”.
  • the arrangement is circular Edge region 18 is surrounded by plastified joining lines 22 parallel to the edge, and the manufacture is explained in more detail with reference to FIGS.
  • FIGS. 16 and 17 between the folds 17 there are upper and lower support rulers 21 on the tool side, over which the later edge region 18 protrudes.
  • FIGS. 18 and 19 the structure in the edge region 18 is compressed by tools which are moved relative to one another in the direction of the arrows P1 and P2 and by which the pronounced edge region 18 is created.
  • the material web is essentially compacted in a plane E, which can be placed anywhere between the fold lines 3.
  • FIG. 18 shows very clearly the partial overlap or folds 6 and 8 that arise or are reinforced, as shown in FIG.
  • the closure wall 20 formed can have different angles of attack, which can fluctuate within a range which is indicated by the angle " ⁇ ".
  • joining edges 22, which are parallel and plastified, are now generated by joining rulers, not shown, which not only bring about a geometrical fixation of the structure, but also a considerable intensification of the edge region 18.
  • FIGS. 22 and 23 show a finished pleated filter analogous to FIGS. 20 and 21, but with an at least partial plasticization of the closure wall 20 at the front ends of the folds, as a result of which little filter area is lost, but the dimensional stability is additionally increased.
  • the plasticized areas are identified by black areas.
  • an additional material 23 which can be a thermoplastic elastomer, for example polyurethane or also a prefabricated frame, is applied all around to the edge region 18.
  • This design can be used as a sealing flange, for example for insertion into a flange connection of a filter housing, not shown become.
  • an edge region is fastened in a form-fitting manner analogously to FIGS. 21 and 23 in a divided frame 24, which can consist of two frame parts 24a and 24b (or flanges of a filter housing, which is otherwise not shown).
  • FIG. 26 shows the connection of two adjacent pleated filters 1 and 1 a by means of a connecting rail 25, into which the edge regions 18 of the two pleated filters 1 and 1 a are positively inserted from the ends. In this way, a large total filter can be assembled from several individual filters.
  • the closure walls 19 and 20 serve as filter surfaces.
  • the edge regions 18 can also at least partially be used as filter surfaces, namely when these edge regions 18 are still partially permeable when the edge regions 18 are left in a receiving housing (not shown).
  • FIG. 27 shows - partly in section and in perspective - a pleated filter with a lateral connector 30, designed as a filter bag 28 for use in a vacuum cleaner, not shown.
  • FIG. 28 shows a perspective view of a pleated filter with an end connector 31, designed as a filter bag 29 for use in a vacuum cleaner, not shown.
  • the enlargement of the area by the folds 6 and 8 and the edge stiffening by the edge regions 26 which are only attached at the ends are clearly recognizable in both cases.
  • FIG. 29 shows a perspective view of an essentially flat-lying pleated filter with tubular folds 6 and 8 and a circumferential edge reinforcement in the edge region 18.
  • the folds 6 and 8 are fixed by short joining points or joining lines 27 running transversely to the folds 6 and 8 offset from one another in the diagonal or in a grid that runs obliquely to the edge region 18 are arranged.
  • the joining lines can also be arranged in a grid parallel to the edge, which facilitates possible folding along the escape directions of the joining lines.
  • Such pleated filters can also be used in a stack in a so-called extractor hood. It is also possible to move the folds 6 and 8 much closer together, and it is also possible to continuously form the folds 6 and 8 from one edge area to the opposite edge area without interruption by joining lines 27 or joining zones lying in between, such as this is shown in Figure 37.
  • FIGS. 30 and 31 show a multiple pleated filter 32, designed as a pocket filter, the upstream side of which is symbolized by the arrows in FIG. 30.
  • FIG. 31 shows joining lines 33 which run transversely to the unfolding 6 and 8.
  • existing material 34 of the blank of the material web was folded over, welded and used to stiffen the uppermost joining line 33, which serves to suspend the pocket filter 32.
  • the individual pockets become thicker towards the bottom, as is indicated in FIG. 30. Without such a spatial shape, the pocket filter would have an outline, as shown in broken lines in FIG. By bulging the material, however, the filter contracts trapezoidally at the bottom. This also serves to avoid tube contacting in the open, framed state.
  • FIG. 32 shows a further variant of the object according to FIG. 1, namely in this case point-like joining zones 7c and 7d arranged on one side, as shown in FIG. 5. This guarantee creates wedge-shaped inflow and outflow surfaces in the form of hollow triangular prism stumps and reduces the contact surfaces in the event of contact with the filter material.
  • FIGS. 33 and 34 show an end view and a top view of the upstream side of a variant of the object according to FIG inclined (hatched) closure walls 20 at the ends of the folds 17 were embossed in the region of the (cross-hatched) joining line 22 with a transverse component, that is to say asymmetrically, to the fold lines 3 in the edge region, in such a way that the folding and embossing process displaced them Material deformed into side beads 20a, which also form additional filter surfaces in the closure walls.
  • FIGS. 35 and 36 show combinations of a pleated filter according to FIGS. 15 and 33/34 with filter material 35 which at least partially consists of activated carbon (shown in black).
  • filter material 35 which at least partially consists of activated carbon (shown in black).
  • FIG. 37 shows a top view of the variant of a flat-lying pleated filter described in relation to FIG. 29: the folds 6 and 8 are moved much closer to one another, and they also run from one of the edge regions 18 to the opposite edge region 18, in which they lie, without any intermediate joining zones are fixed by energy input in joining zones 7 and 7f. Joint joining zones 7, or else joining zones 7f in pairs, can be formed.
  • the overlapping areas indicated by dashed lines do not need to be provided in every case, since the peripheral edge area 18 ensures sufficient stabilization. Such spatial forms are stabilized and maintain their flow paths even when they come into contact with one another and when housing walls are touched.
  • the surface enlargements by widening, opening, and deepening the tubular unfolds 6 and 8 are considerable, with up to 200% being possible, and minimize pressure differences between the inflow and outflow sides.
  • the features of these spatial forms can be used in the entire field of filtration technology, e.g. B. as a flat pleated filter, bag, bag, cartridge filter, as a respirator, etc.
  • the structural strength is increased considerably.
  • the material web 2 is irreversibly connected to one another in the compression and crossing areas.

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Description

F a l t e n f i l t e r
Die Erfindung betrifft Faltenfilter nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 , 2 und 3.
Derartige Faltenfilter für die Abtrennung von Feststoffen aus fluiden Medien wie Flüssigkeiten und Gasen wie z.B. Luft, sind bekannt; sie ermöglichen die Unterbringung großer Filterflächen auf engstem Raum und damit die Ansammlung großer Feststoffmengen. Bei hohen Druckdifferenzen zwischen der Anström- und der Abströmseite, bedingt durch die Vliesstruktur und -form und die Filtergröße entsteht ein allmähliches Zusetzen der Filterflächen.
Dadurch ergeben sich Festigkeits- und Standzeitenprobleme, da die einzelnen Falten bei fehlender AbStützung innnerhalb der Filterflächen gewissermaßen als "Träger oder Flächen auf zwei Stützen" angesehen werden müssen und bei Überlastung einknicken oder ausbeulen. Durch "Ausbeulen" berühren sich die benachbarten Falten, wodurch eine Teil der Filterfläche verloren geht. Eine oder mehrere AbStützungen innnerhalb der Filterflächen, z.B. durch Träger eines Rahmens oder durch Verklebungen mit "Hotmelts" sind jedoch häufig nicht erwünscht, weil bei derartigen Massenprodukten die Mehrkosten eine entscheidende Rolle spielen und außerdem Filterfläche verloren geht und/oder der Strömungswiderstand erhöht wird. Durch die DE 39 16 838 A1 ist es bekannt, bei mehrlagigen Faltenfiltern aus Vliesen mit thermoplastischen Fasern zwischen den einzelnen Falten durch Wärmeeinfluß streifenförmige verdichtete Fügezonen auszubilden, die die Eigenschaft von Filmscharnieren haben, und innerhalb der Falten bzw. der Filterflächen quer zu den Fügezonen Wellen auszubilden, die sich im Betrieb an rechteckigen Berührungsflächen aufeinander abstützen und dadurch die Festigkeit des Faltenfilters erhöhen. Dabei wird der zusätzlich benötigte Werkstoff aus der zu prägenden Faltenwand durch den Prägevorgang herausgezogen, wodurch die Wandungen entsprechend dünner ausgebildet werden, was wiederum zu einer Schwächung und zu unterschiedlichen Durchlässigkeiten innerhalb der Filterflächen führt. Die Vergrößerung der Filterfläche ist jedoch begrenzt und geht durch die AbStützungen an den rechteckigen Berührungsflächen zum Teil wieder verloren, insbesondere dann, wenn an den Berührungsflächen eine Verschweißung erfolgt. Die Prägung durch Walzen oder Prägestempel muß vor dem Falten erfolgen. An den Faltkanten selbst erfolgt keine ausreichende Erhöhung der Festigkeit gegen ein Einbeulen. Die Erzeugung von Stegen und/oder eines verstärkten Randbereichs ist nicht beschrieben.
Durch die DE 21 12 360 A1 ist ein Papierfilter bekannt, bei dem - werkstoffbedingt - keine örtliche Plastifizierung möglich ist. Eine Erhöhung der Steifigkeit der einzelnen Filterflächen erfolgt auch hier durch eine wellenförmige Ausbildung dieser Filterflächen. Die Einhaltung von Abständen zwischen den Filterflächeπ erfolgt dadurch, daß an den Faltgelenken auf wenigstens einer Seite zwei parallel nebeneinander gelegte Knickkanten erzeugt werden. Die Erzeugung von Stegen und/oder eines verstärkten Randbereichs ist nicht beschrieben.
Durch die EP 0 522 692 A2 ist es bekannt, in Faltenfiltern aus Sandwich- Material mit Innenschichten aus Glasfasern und Außenschichten aus thermoplastischen Fasern durch Wärmeinwirkung Nähte zu erzeugen, durch die die Faltkanten versteift werden. Die Filterflächen selbst sind jedoch nicht versteift, und für ihre Vergrößerung sind keine Maßnahmen angegeben. Die Erzeugung von Stegen und/oder eines verstärkten Randbereichs ist nicht beschrieben.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, Faltenfilter nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 , 2 und 3 anzugeben, bei denen eine merkliche Erhöhung der Gestaltfestigkeit gegen Einknicken bei hohen Druckdifferenzen und eine Verlängerung der Standzeit erfolgt, ohne daß hierfür Fremdabstützungen benötigt werden und/oder eine Dickenverringerung durch Ausziehen erfolgt. Außerdem sollen bei derartigen Massenprodukten die Mehrkosten in Grenzen gehalten, keine Filterfläche durch Berührung oder gar Verschweißung zwischen den Falten bzw. Filterflächen verloren gehen und/oder es soll der Strömungswiderstand auch über lange Zeiten so gering wie möglich gehalten werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei einem Faltenfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 , bei einem Faltenfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 und bei einem Faltenfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 3.
Unter dem Begriff "Energieeintrag" wird die Anwendung aller Fügeverfahren verstanden, bei denen Wärme und/oder Druck ohne und mit Zusatzwerkstoff auf das Fasermaterial und/oder seine Komponenten einwirkt, wie Ultraschall, Thermoprägung, Laserstrahlung, Schweißung, insbesondere Schweißung nach DIN 1910 und Fügeverfahren nach DIN 8593.
Es handelt sich bei dem Gegenstand des Anspruchs 1 um röhrenförmige Versteifungen der Filterflächen selbst, d.h., um Versteifungen, die die wirksame Filterfläche vergrößern und sich quer zum Verlauf der Röhren auch mindestens an den Faltlinien überlappen und in den Überlappungsbereichen durch linienförmige Plastifizierung auch irreversibel miteinander verbunden sind. Bei dem Gegenstand des Anspruchs 1 liegt nicht nur kein Ausziehen bzw. keine Reckung des Fasermaterials vor, sondern bei gleichbleibender Festigkeit sogar eine Vergrößerung der wirksamen Filterflächen.
Es handelt sich bei dem Gegenstand des Anspruchs 2 um eine verfestigte und weitgehend porenfreie und plastifizierte Struktur nach Art von in das Faltenfilter integrierten Leisten oder Stegen dünnen Querschnitts, die im Gesamtfilter eine Art Film- oder Folienscharniere und/oder eine Art Linienoder Kreuzraster in einem Rastermaß mit erhöhter Festigkeit bilden. Hierfür können an sich übliche Verfestigungsverfahren wie Schweißung, Thermoprägung durch Heizlineale, Laserbeheizung und Ultraschalleinwirkung angewendet werden. Die plastifizierten Faltkanten ermöglichen eine problemlose Weiterverarbeitung auch dann, wenn das Vormaterial in Rollenform angeliefert wird. Bei dem Gegenstand des Patentanspruchs 2 liegt eine erhebliche Versteifung des Fasermaterials an den Faltkanten vor.
Es handelt sich bei dem Gegenstand des Anspruchs 3 um ein Faltenfilter, bei dem die Auffaltungen in einem versteiften Randbereich fixiert sind, wobei sich die Festigkeitssteigerung auch auf den gefalteten Bereich zwischen den Randbereichen überträgt.
Im Prinzip geht es um vier verschiedene Verfestigungsanordnungen, die durch Weiterbildungen auch miteinander kombinierbar sind:
1. quer zur Faltenreihe, z.B. durch stabilisierende Auffaltungen, Wellen und/oder Röhren, die sich überlappen und in den Faltlinien fixiert sind, und
2. längs der Faltenreihe, z.B. durch Stege oder Leisten, die parallel zu oder zusammenfallend mit den Faltlinien angeordnet sind,
3. die Verfestigung des Randbereichs, und
4. Kombinationen mindestens zweier Merkmale unter 1. bis 3.
Durch diese Konstruktionsmerkmale wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst. Insbesondere werden auch ohne zusätzliche AbStützungen, d.h. Fremdabstützungen, im Flächenbereich der Filterflächen hohe Druckdifferenzen zwischen der Anström- und der Abströmseite ermöglicht, so daß der Filter auch bei starker Belastung nicht vorzeitig einknickt oder übermäßig ausbeult. Außerdem werden bei derartigen Massenprodukten die Mehrkosten in Grenzen gehalten, und es geht keine Filterfläche verloren. Der Strömungswiderstand wird so gering wie möglich gehalten, und die Standzeit wird deutlich verlängert.
Es geht im Rahmen der Erfindung weiterhin darum, daß aus solchen Filterelementen ein Produkt erzeugt wird, bei dem auch die Stabilität und Versteifung des Randbereichs deutlich erhöht ist. Durch dienachstehend beschriebenen Weiterbildungen wird auch das Problem gelöst, aus den bereits beschriebenen Filterelementen ein Produkt zu erzeugen, dessen Stabilität auch im Randbereich deutlich erhöht ist. Dies geschieht u.a. über linien- und/oder flächenartige Plastifizierungen an den umlaufenden oder einseitigen Randbereichen, was nachstehend noch näher erläutert wird. Unter anderem hierdurch entsteht ein maßlich genaues und anwendungsspezifisches Produkt, dessen Herstellung kostensparend in der gleichen Produktionslinie erfolgen kann und das auch umweltverträglich entsorgt werden kann.
Im Prinzip geht es im Randbereich um verschiedene Verfestigungsmethoden, die auch miteinander kombinierbar sind, nämlich um umlaufenden Rahmungen, z.B. durch Umlegen der Ränder und/oder Falten an der Außenseite, die im Randbereich verschweißt sind.
Durch diese Konstruktionsmerkmale wird auch die zusätzliche Aufgabe in vollem Umfange gelöst: Die aus dem Filterelement erzeugte, sortenreine Filtereinheit ist zur direkten Integration in ein Filtergehäuse geeignet. Mittels der verfestigten Formgebung ist ein fester und dichter Einbau gegeben. Die Plastifizierungen versteifen die gesamte Filtereinheit und erzeugen eine genaue Positionierbarkeit, so daß auch einfache Nachbearbeitungen möglich sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände nach den Ansprüchen 1 , 2 und 3 sind in den Unteransprüchen enthalten. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes unα zusätzliche Vorteile werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 37 näher erläutert:
Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf einen flachliegenden Filterabschnitt mit wellen- bzw. röhrenförmigen Auffaltungen zwischen und quer zu den Fügezonen,
Figuren 2 bis 5 Querschnitte durch verschiedene Faltungsformen in stark vergrößertem Maßstab,
Figur 6 einen Querschnitt durch einen gefalteten Filterabschnitt mit quer zu den Faltlinien verlaufender Wellen- bzw. Röhrenstruktur,
Figur 7 den Auschnitt im Kreis VII in Figur 6 in vergrößertem Maßstab.
Figur 8 die Auschπitte im Kreis VIII in Figur 6 in vergrößertem Maßstab.
Figur 9 eine Variante des Gegenstandes nach Figur 1 ,
Figur 10 eine weitere Variante des Gegenstandes nach Figur 1 ,
Figur 1 1 eine Variante des Gegenstandes nach Figur 1 mit beiderseits der Filterflächen abstehenden Stegen bzw. Leisten,
Figur 12 den oberen Teil einer Variante des Gegenstandes nach Figur 11 , bei der die Stege bzw. Leisten auf der Anströmseite durch entgegengesetzte Faltung zwischen die Filterflächen gelegt sind, Figuren 13 und 14 eine Variante des Gegenstandes nach Figur 11 mit auf der Anströmseite abstehenden Stegen bzw. Leisten, die durch Doppelfaltungen gebildet sind, in vergrößertem Maßstab.
Figur 15 eine perspektivische Ansicht eines mehrfach dachförmig gefalteten Faltenfilters mit einer umlaufenden Randverstärkung,
Figur 16 eine stirnseitige Ansicht eines mehrfach dachförmig gefalteten Faltenfilters vor der Ausbildung einer umlaufenden Randverstärkung,
Figur 17 eine Seitenansicht des Gegenstandes von Figur 16 in Richtung des Pfeils XVI I in Figur 16,
Figur 18 eine stirnseitige Ansicht eines mehrfach dachförmig gefalteten Faltenfilters nach dem Komprimieren des Randbereichs,
Figur 19 eine Seitenansicht des Gegenstandes von Figur 18 in Richtung des Pfeils XIX in Figur 18,
Figur 20 eine stirnseitige Ansicht eines mehrfach dachförmig gefalteten Faltenfilters nach der Ausbildung einer umlaufenden Randverstärkung,
Figur 21 eine Seitenansicht des Gegenstandes von Figur 20 in Richtung des Pfeils XXI in Figur 20,
Figur 22 eine stirnseitige Ansicht eines mehrfach dachförmig gefalteten Faltenilters nach der Ausbildung einer umlaufenden Randverstärkung analog Figur 20, jedoch mit einer Plastifizierung der stirnseitigen Enden der Faltungen,
Figur 23 eine Seitenansicht des Gegenstandes von Figur 22 in Rieh- tung des Pfeils XXIII in Figur 22,
Figur 24 den Gegenstand von Figur 23, jedoch mit einem auf den Randbereich aufgetragenen Zusatzwerkstoff,
Figur 25 eine Variante des Gegenstandes nach Figur 24 mit einer Befestigung des Randbereichs zwischen zwei Rahmenteilen oder Flanschen,
Figur 26 die Verbindung von zwei benachbarten Faltenfiltern durch eine Verbindungsschiene,
Figur 27 einen Faltenfilter mit einem seitlichen Anschlußstück, ausgebildet für den Einsatz in einen Staubsauger,
Figur 28 einen Faltenfilter mit einem stimseitigen Anschlußstück, ausgebildet für den Einsatz in einen Staubsauger,
Figur 29 eine perspektivische Ansicht eines im wesentlichen flachliegenden Faltenfilters mit röhrenförmigen Faltungen und einer umlaufenden Randverstärkung,
Figur 30 eine stirnseitige Ansicht eines Mehrfach-Faltenfilters, ausgebildet als Taschenfilter,
Figur 31 eine Seitenansicht des Taschenfilters nach Figur 30 in Richtung des Pfeils XXXI in Figur 30 in verkleinertem Maßstab,
Figur 32 eine wiederum weitere Variante des Gegenstandes nach Figur 1 ,
Figur 33 eine stirnseitige Ansicht einer Variante des Gegenstandes nach Figur 15,
Figur 34 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Figur 33, Figuren 35 und 36 Kombinationen eines Faltenfilters nach Figur 15, u.a. mit
Filtermaterial, das mindestens teilweise aus Aktivkohle besteht, und
Figur 37 eine Draufsicht eines im wesentlichen flachliegenden Faltenfilters analog Figur 29 mit Auffaltungen und einer umlaufenden Randverstärkung,
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf die Anströmseite eines flachliegenden Filterabschnitts aus einer Werkstoffbahn 2 mit fünf Faltlinien 3, zwischen denen Filterflächen 5 mit Auffaltungen 6 und 8 angeordnet sind, die rechtwinklig zu den Faltlinien 3 verlaufen. Diese Auffaltungen bilden Röhren 15, deren mögliche Querschnitte anhand von Figur 3 noch näher erläutert werden. Gezeigt ist die Fixierung dieses Zustandes entlang den Faltlinien 3 durch streifenförmige Fügezonen 7 mit begrenzter Breite, die mit den Faltlinien 3 zusammenfallen bzw. diese bilden, und durch die das Fasermaterial an den Kreuzungspunkten der Auffaltungen 6 und 8 mit den Fügezonen 7 gegenüber der ursprünglichen Dicke plastifiziert, verdichtet, verschweißt und verbunden ist. Durch gestrichelte Linien, sind Überlappungsbereiche "D" angedeutet, die anhand der Figuren 2 bis 5 noch näher erläutert werden.
Gemäß Figur 1 haben die von den alternierenden Auffaltungen 6 und 8 gebildeten Röhren 15 in der gezeigten Draufsicht ein tonnenförmiges Aussehen mit gleichen Breiten im Bereich der Fügezonen 7. Dabei kann es auch vorteilhaft sein, unterschiedliche Breiten von Wellenbergen und Wellentälern vorzusehen. In den Kreuzungsbereichen sind die Wellentäler und die Wellenberge praktisch in eine Ebene, die sogenannte "Faltebene", mit den Faltlinien 3 bzw. Faltkanten 4 gezwungen, und die Auffaltungen sind hierdurch fixiert, was in den Figuren 2 und 4 angedeutet ist. In diesem Fall befinden sich die Endpunkte der Röhren 15 in den Fügezonen 7 an den Ecken eines imaginären Rechtecks. In Figur 3 ist eine solche Röhre 15 in ausgezogenen Linien dargestellt. Je nach der Menge des beim Faltvorgang zur Verfügung gestellten Materials kann diese Röhre 15 unterschiedliche Durchmesser aufweisen, und dieser Durchmesser kann auch über die Länge jeder einzelnen Röhre 15 unterschiedlich sein, was durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Entscheidend ist, daß der Umfang der Röhre 15 sich über mehr als 180°, beispielhaft über etwa 270°, erstreckt, wodurch Überlappungsbereiche "D" gebildet werden, die für den Fügevorgang von Bedeutung sind.
Durch symmetrisches Zusammenpressen der Röhren 15 in den Fügezonen 7 entstehen in einem Zwischenstadium je nach der Materialführung beim Falten Gebilde nach den Figuren 2 oder 4, beim asymmetrischen Zusammenpressen solche nach Figur 5. Durch weitere Druckerhöhung und/oder Wärmeinwirkung verschmilzt das Material in den Überlappungsbereichen "D" der Fügezonen 7, was hier nicht mehr besonders dargestellt ist. Die Gesamtdicke der drei Lagen wird dadurch deutlich geringer, wodurch auch die Faltbarkeit verbessert wird.
In den Figuren 6 bis 8 ist ein Faltenfilter 1 mit einer Werkstoffbahn 2 aus einem Vlies bzw. Fasermaterial aus thermoplastischen Fasern mit Faltlinien 3 bzw. Faltkanten 4 dargestellt, die in diesem Falle zusammenfallen und zwischen sich die welligen bzw. mit Röhren 15 versehene Filterflächen 5 einschließen. Diese Röhren 15, die durch Punktschattierung plastisch hervorgehoben sind, sind bei diesem Ausführungsbeipiel für die Stabilität der Filterflächen 5 von besonderer Bedeutung; sie umschließen gemäß Figur 3 einen Röhrenquerschnitt um mehr als 180° und werden durch Faltung bzw. Wellung durch Zusammenziehen der Breite der Werkstoffbahn 2 hergestellt und nicht durch Recken und "Verdünnen" des Fasermaterials. Der Umfang von mehr als 180° schafft auch die Voraussetzung für die Bildung der weiter oben anhand der Figuren 1 bis 5 näher beschriebenen Überlappungsbereiche "D".
Das Fasermaterial ist im Bereich der Fügezonen 7 auf beiden Langseiten der Filterflächen 5, also senkrecht zur Zeichenebene, durch einen Vorgang aus der Gruppe Kompression, Fügung (thermische Schweißung oder Schweißung durch Ultraschall) und Prägung gegenüber dem Ursprungszustand plastifiziert und dadurch zu einer Art Filmscharnieren verdichtet und verfestigt, was durch die schwarzen Verdichtungsbereiche 9 und 10 in den Figuren 7 und 8 angedeutet ist. Die Maße D1 und D2 liegen zwischen 0,2 und 20 mm. Hierdurch und durch die Querfaltungen zu den Wellen oder Röhren 15 ist die Faltbarkeit nicht beeinträchtigt, sehr wohl aber ist die Gestaltfestigkeit erhöht. Dadurch werden die Röhren 15 praktisch in einer Ebene zusammengequetscht und untrennbar miteinander verbunden, so daß die Röhren auch unter dem Betriebsdruck nicht mehr aufgehen können.
Wie aus den vorausgegangenen Figuren hervorgeht, werden durch die Auffaltungen 6 und 8 eine Art einseitig (zur Anströmseite hin) offener Röhren 15 gebildet, die für unterschiedliche Filter unterschiedliche Querschnitte und Abstände haben können. Die Strömungsrichtung ist durch Pfeile 12 angedeutet. In jedem Fall wird durch eine solche Filterform nicht nur die Steifigkeit gegenüber Verformungen durch Druckdifferenzen, sondern auch die Filterfläche und damit die Standzeit deutlich erhöht.
Anhand der Figur 9 ist dargestellt daß die Fügezonen 7a bzw. 7b nicht durchgehend ausgebildet sein müssen, sondern auch unterbrochen bzw. punktförmig ausgebildet sein können. In diesem Fall befinden sich die Fügezonen 7a und 7b an den Ecken eines imaginären Parallelogramms, so daß die Röhren 15 angenähert die Form bauchiger Flaschen haben. Damit ist folgender zusätzlicher Vorteil verbunden: Die Faltlinien 3b bilden später die der Anströmseite zugekehrten "Dachfirste" des fertigen Faltenfilters. An den entgegengesetzten Enden (im Bereich der Faltlinien 3a, d.h. auf der Abströmseite) haben die Röhren 15 einen kleineren Querschnitt, bzw. eine weiter in den Freiraum ausladenden Raumform. Dadurch wird die Gefahr einer gegenseitigen Berührung der Röhren, die in gefaltetem Zustand keilförmig zueinander verlaufen, weiter vermindert (siehe auch Figur 6). Die unterschiedlichen Querschnitte der Röhren 15 im Bereich der Linien L1 , L2 und L3 sind in Figur 3 angedeutet. Es können auch weitere Fügezonen 7e vorhanden sein, die - je nach den Bedürfnissen - eine Zwischenstabilisierung mit besonderer Formgebung zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse erzeugen. Prinzipiell können diese zusätzlichen Verfestigungen bei allen beschriebenen Auffaltung 6 und 8 angebracht sein.
In Figur 10 ist dargestellt, daß die als schwarze Punkte dargestellten Fügezonen 7 benachbarter Röhren 15 um den halben Längenabstand dieser Fügezonen zueinander versetzt angeordnet sein können. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut für ein einfaches Faltenfilter, bei dem eine Hauptfläche 16 in ebenem Zustand verbleibt. Ein solches analoges Faltenfilter ist beispielhaft in Figur 29 dargestellt.
Die Figur 11 zeigt eine Variante des Gegenstandes nach Figur 6 in der Weise, daß die Filterflächen 5 zur An- und Abströmseite hin mit abstehenden Stegen bzw. Leisten 11 versehen sind, die sich - von den Faltlinien 3 bzw. Faltkanten 4 ausgehend - um die Maße der Bereiche B1 und B2 nach innen zu den Filterflächen 5 hin erstrecken und an den Übergangsstellen zu paarweise vorhandenen Filmscharnieren 11a plastifiziert, verdichtet und in diesen Bereichen B1 und B2 durch Schweißen fest verbunden sind, was auch hier durch schwarze Flächen angedeutet ist. Diese Stege 11 bilden integrierte Versteifungseiemente mit hohem Widerstandsmoment gegen Biegen und Einbeulen. Die Maße der Bereiche B1 und B2 können gleich sein, müssen dies aber nicht.
Die Figur 12 zeigt eine weitere Variante des Gegenstandes nach Figur 1 1 , bei der die Stege bzw. Leisten 11 auf der Anströmseite (oben) durch entgegengesetzte Faltungen, insbesondere die Faltlinie 3a, zwischen die Filterflächen 5 gelegt sind. Auch hierbei ist das Fasermaterial bzw. Vlies in den Bereichen B3, verdichtet und verbunden, was auch hier durch schwarze Flächen angedeutet ist. Die jeweils paarweise gebildeten Filmscharniere 11 a sind in den Figuren 11 und 12 besonders hervorgehoben.
Die Figuren 13 und 14 zeigen eine weitere Variante des Gegenstandes nach den Figuren 11 und 12 mit beiderseits der Filterflächen 5 zur Anströmseite abstehenden Stegen bzw. Leisten 13, wobei diese durch Doppelfaltungen gebildet sind. Die Doppelfaltungen besitzen drei j^slt- kanten 4a, 4b und 4c, und zwar derart, daß jeweils vier Lagen der werkstoffbahn 2 aufeinanderliegen und in einem Bereich B4 verdichtet und durch Schweißen miteinander verbunden sind, wobei gleichzeitig die beiden Filmscharniere 13a gebildet werden. Hierdurch wird die Gestaltfestigkeit noch weiter erhöht. Auch hierbei ist das Fasermaterial bzw. Vlies im Bereich B4 plastifiziert, verdichtet und verbunden, was auch hier durch eine schwarze Fläche angedeutet ist.
Die Maße B1 , B2, B3 und B4 können zwischen 1 und 30 mm liegen. Figur 13 zeigt den Vorgang unmittelbar nach dem Falten, Figur 14 nach dem Plastifizieren. Die Faltkante 4a kann auch tiefer zwischen die Filterfläche 5 gelegt sein, was in Figur 13 durch die gestrichelte Line 4d angedeutet ist.
Vorzugsweise sind dabei die Doppel- oder Mehrfachfaltungen mindestens auf der Anströmseite angeordnet, weil hier höhere Kräfte herrschen und die Doppelfaltungen auf Druck und Ausbeulen beansprucht werden. Die Stege auf der Anströmseite dienen gewissermaß als Aufhängungen für die Filterflächen, während auf der Abströmseite nur Zugspannungen auftreten, so daß dort auch trotz schlankerer (oder keiner) Versteifungen ein ausreichender Widerstand gegen ein unzulässiges Verformen vorhanden ist.
Bei den Ausführungformen nach den Figuren 1 1 bis 14 müssen die Röhren 15 nicht notwendigerweise vorhanden sein, sie erhöhen aber - insbesondere bei großen Filterflächen 5 bzw. bei großen Abständen zwischen den Faltlinien 3 und 3a bzw. Faltkanten 4 und 4a zusätzlich die Steifigkeit der Filterflächen. Auch sind die Überlappungsbereiche "D" nach den Figuren 1 , 2 und 4 bei diesen Ausführungsbeispielen nicht zwingend erforderlich.
In Figur 15 sind zick-zack-förmige Faltungen 17 mit Faltlinien 3 in Form von spitzwinkligen Dächern gezeigt, die an ihren Enden durch giebel- förmige Verschlußwände 19 und 20 abgeschlossen sind. In jeder der Dachflächen befinden sich in diesem Falle die bereits beschriebenen Auffaltungen 6 und 8 bzw. die hierdurch gebildeten Röhren, die in "Gefällerichtung" verlaufen. Die Anordnung ist von einem umlaufenden Randbereich 18 mit randparallelen, plastifizierten Fügelinien 22 umgeben, und die Herstellung wird anhand der Figuren 16 bis 23 noch näher erläutert.
Gemäß den Figuren 16 und 17 befinden sich zwischen den Faltungen 17 werkzeugseitige obere und untere Stützlineale 21 über die der spätere Randbereich 18 übersteht. Gemäß den Figuren 18 und 19 wird das Gebilde im Randbereich 18 durch Werkzeuge verdichtet, die in Richtung der Pfeile P1 und P2 relativ zueinander bewegt werden und durch die der ausgeprägte Randbereich 18 entsteht. Die Werkstoffbahn wird dabei im wesentlichen in einer Ebene E verdichtet, die an eine beliebigen Stelle zwischen den Faltlinien 3 gelegt werden kann. Figur 18 zeigt sehr deutlich die dabei entstehende oder verstärkte partielle Überlappung der Auffaltungen 6 und 8, wie diese in Figur 2 gezeigt sind. Gemäß Figur 19 kann die gebildete Verschlußwand 20 je nach Form und Lage des Verdichtungswerkzeugs unterschiedlich Anstellwinkel aufweisen, die innerhalb eines Bereiches schwanken können, der durch den Winkel "σ" angedeutet ist.
Gemäß den Figuren 20 und 21 werden nun durch nicht gezeigte Fügelineale die rand parallelen, plastifizierten Fügelinien 22 erzeugt, die nicht nur eine geometrische Fixierung des Gebildes, sondern auch eine erhebliche Vertärkung des Randbereichs 18 herbeiführen.
Die Figuren 22 und 23 zeigen ein fertiges Faltenfilter analog den Figuren 20 und 21 , jedoch mit einer zumindest teilweisen Plastifizierung der Verschlußwand 20 an den stirnseitigen Enden der Faltungen, wodurch wenig Filterfläche verloren geht, aber die Formsteifigkeit zusätzlich erhöht wird. Die plastifizierten Bereiche sind durch schwarze Flächen kenntlich gemacht.
In Figur 24 ist auf den Randbereich 18 umlaufend ein Zusatzwerkstoff 23 aufgetragen, der ein thermoplastisches Elastomer, beispielsweise Polyurethan oder auch ein vorgefertigter Rahmen, sein kann. Diese Ausbildung kann als Dichtflansch, beispielsweise zum Einlegen in eine Flanschverbindung eines nicht gezeigten Filtergehäuses verwendet werden.
Bei der Ausführungsvariante nach Figur 25 erfolgt die Befestigung eines Randbereiches analog den Figuren 21 und 23 formschlüssig in einem geteilten Rahmen 24, der aus zwei Rahmenteilen 24a und 24b (oder Flanschen eines im übrigen nicht gezeigten Filtergehäuses) bestehen kann.
Figur 26 zeigt die Verbindung von zwei benachbarten Faltenfiltern 1 und 1 a durch eine Verbindungsschiene 25, in die die Randbereiche 18 der beiden Faltenfilter 1 und 1a von den Enden her formschlüssig eingeschoben sind. Auf diese Weise läßt sich aus mehreren Einzelfiltern ein großflächiger Gesamtfilter zusammensetzen.
Die Verschlußwände 19 und 20 dienen als Filterflächen. Auch die Randbereiche 18 können mindestens teilweise noch als Filterflächen benutzt werden, dann nämlich, wenn bei einer Freilassung der Randbereiche 18 in einem aufnehmenden, nicht dargestellten, Gehäuse diese Randbereiche 18 noch teilweise durchlässig sind.
Die Figur 27 zeigt - teilweise geschnitten und perspektivisch einen Faltenfilter mit einem seitlichen Anschlußstück 30, ausgebildet als Filterbeutel 28 für den Einsatz in einen nicht gezeigten Staubsauger. Die Figur 28 zeigt perspektivisch einen Faltenfilter mit einem stirnseitigen Anschlußstück 31 , ausgebildet als Filterbeutel 29 für den Einsatz in einen nicht gezeigten Staubsauger. Deutlich erkennbar sind in beiden Fällen die Flächenvergrößerungen durch die Auffaltungen 6 und 8 und die Randversteifung durch die nur an den Enden angebrachten Randbereiche 26.
Die Figur 29 zeigt eine perspektivische Ansicht eines im wesentlichen flachliegenden Faltenfilters mit röhrenförmigen Auffaltungen 6 und 8 und einer umlaufenden Randverstärkung im Randbereich 18. Die Auffaltungen 6 und 8 sind durch kurze, quer zu den Auffaltungen 6 und 8 verlaufende Fügepunkte oder Fügelinien 27 fixiert, die im diagonalen oder einem schräg zum Randbereich 18 verlaufenden Raster versetzt zueinander angeordnet sind. In diesem Falle wird auf ausgesprochene Falthilfen verzichtet, um die Flächensymmetrie zu erhalten und zu stabilisieren. Die Fügelinien können aber auch in einem randparallelen Raster angeordnet sein, wodurch eine eventuelle Faltung entlang der Fluchtrichtungen der Fügelinien erleichtert wird. Derartige Faltenfilter können auch im Stapel in sog. Dunstabzugshaubeπ verwendet werden. Auch ist es möglich, die Auffaltungen 6 und 8 sehr viel dichter aneinander zu rücken, und es ist ferner möglich, die Auffaltungen 6 und 8 ohne Unterbrechung durch dazwischen liegende Fügelinien 27 bzw. Fügezonen von einem Randbereich bis zu gegen liegenden Randbereich durchgehend auszubilden, wie dies in Figur 37 gezeigt ist.
Die Figuren 30 und 31 zeigen einen Mehrfach-Faltenfilter 32, ausgebildet als Taschenfilter, dessen Anströmseite durch die Pfeile in Figur 30 symbolisiert ist. Insbesondere aus Figur 31 sind Fügelinien 33 erkennbar, die quer zu den Auffaltungeπ 6 und 8 verlaufen. Ursprünglich vorhandenes Material 34 des Zuschnitts der Werkstoffbahn wurde umgefaltet, verschweißt und zur Versteifung der obersten Fügelinie 33 verwendet, die zur Aufhängung des Taschenfilters 32 dient. Die einzelnen Taschen werden, von den mittleren Fügelinien 33 ausgehend, nach unten hin dicker, wie dies in Figur 30 angedeutet ist. Ohne eine solche Raumform hätte der Taschenfilter einen Umriß, wie er in Figur 31 strichpunktiert dargestellt ist. Durch das Ausbauchen des Materials zieht der Filter sich jedoch unten trapeörmig zusammen. Dies dient auch zur Vermeidung einer Röhrenl- kontaktierung in aufgespanntem, gerahmten Zustand.
Die Figur 32 zeigt eine weitere Variante des Gegenstandes nach Figur 1 , und zwar sind in diesem Fall einseitigv angeordnete punktförmige Fügezonen 7c und 7d vorhanden, wie sie in Figur 5 gezeigt sind. Diese Varante erzeugt keilförmige Ein- und Ausströmflächen in Form von hohlen Dreiecks-Prismenstümpfen und verkleinert die Berührungsflächen im Fall einer Kontaktierung des Filtermaterials.
Die Figuren 33 und 34 zeigen eine stirnseitige Ansicht und eine Draufsicht auf die Anströmseite einer Variante des Gegenstandes nach Figur 15. Die schrägstehenden (schraffierten) Verschlußwände 20 an den Enden der Faltungen 17 wurden im Bereich der (kreuzschraffierten) Fügelinie 22 mit einer Querkomponente, also asymmetrisch, zu den Faltlinien 3 in den Randbereich geprägt, und zwar derart, daß sich durch den Falt- und Prägevorgang verdrängtes Material zu Seitenwülsten 20a verformt, die gleichfalls in den Verschlußwänden zusätzliche Filterflächen bilden. Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch diese Art des Umlegens der Verschlußwände das Maß "ΔB", um das sich der Rand 2a der Werkstoffbahn 2 beim Umlegen zurückzieht, im Vergleich zu einer senkrechten, geradlinigen Verformung deutlich verringert werden kann, so daß erheblich an teurem Filtermaterial eingespart werden kann.
Durch geeignete Wahl des Winkels "σ" (Figur 19) läßt sich eine ausgezeichnete Stapelbarkeit des Faltenfilters nach den Figuren 15 und 33/34 erreichen. Dies reduziert erheblich den Transportaufwand.
Die Figuren 35 und 36 zeigen Kombinationen eines Faltenfilters nach den Figur 15 und 33/34 mit Filtermaterial 35, das mindestens teilweise aus Aktivkohle (schwarz dargestellt) besteht. Hierdurch und durch ggf. aufgebrachtes zusätzliches Vliesmaterial als Vor- und Nachfilter und/oder durch Netzmaterial, das vor Grobschmutz schützt, werden die Auffaltungen zusätzlich fixiert und die Biegesteifigkeit des fertigen Filters zusätzlich erhöht.
Figur 37 zeigt noch eine Draufsicht auf die zu Figur 29 beschriebene Variante eines flachliegenden Faltenfilters: Die Auffaltungen 6 und 8 sind sehr viel näher aneinander gerückt, und sie verlaufen auch ohne dazwischenliegende Fügezonen von einem der Randbereiche 18 zu dem gegenüberliegenden Randbereich 18, in dem sie durch Energieeintrag in Fügezonen 7 und 7f fixiert sind. Dabei können gemeinsame Fügezonen 7, oder aber auch paarweise Fügezonen 7f gebildet werden. Die gestrichelt angedeuteten ύberlappungsbereiche brauchen nicht in jedem Falle vorgesehen zu sein, da der umlaufende Randbereich 18 für eine genügende Stabilisierung sorgt. Derartige Raumformen sind stabilisiert, behalten ihre Strömungswege auch bei einer gegenseitigen Berührung und bei einer Berührung von Gehäusewänden bei. Die Oberflächenvergrößerungen durch Erweiterung, Öffnung, Vertiefung der röhrenförmigen Auffaltungen 6 und 8 sind beträchtlich, wobei bis zu 200 % möglich sind, und minimieren Druckdifferenzen zwischen Anström- und Abströmseite. Die Merkmale dieser Raumformen können im gesamten Anwendungsbereich der Filtrationstechnik genutzt werden, z. B. als flachliegende Faltenfilter, Beutel-, Taschen-, Patronenfilter, als Atemschutzmasken etc.
Beim Erfindungsgegenstand mit allen seinen Ausführungsformen wird die Gestaltfestigkeit beträchtlich erhöht. Die Werkstoffbahn 2 ist in den Ver- dichtungs- und Kreuzungsbereichen irreversibel miteinander verbunden.
Die Verhältnisse sind nicht maßstäblich dargestellt, sondern zur Verdeutlichung des Erfindungsgegenstandes übertrieben gezeichnet. Die unterschiedlichen Steg- bzw. Leistenformen sind gegeneinander austauschbar.
Bezugszeichenliste:
1 Faltenfilter 1a Faltenfiter
2 Werkstoffbahn 2a Rand
3 Faltlinien 3a Faltlinien 3b Faltlinien
4 Faltkanten 4a Faltkanten 4b Faltkanten 4c Faltkanten
5 Filterflächen
6 Auffaltungen
7 Fügezonen 7a Fügezonen 7b Fügezonen
7c Fügezonen
7d Fügezonen
7e Fügezonen
7\ Fügezonen
8 Auffaltungen
9 Verdichtungsbereiche
10 Verdichtungsbereiche
11 Stege
11a Filmscharniere
12 Pfeile
13 Stege
13a Filmscharniere
15 Röhren
16 Hauptfläche
17 Faltungen
18 Randbereich
19 Verschlußwände
20 Verschlußwände
20a Seitenwülste
21 Stützlineale
22 Fügelinien
23 Zusatzwerkstoff
24 Rahmen
24a Rahmenteil
24b Rahmenteil
25 Verbindungsschiene
26 Randbereich
27 Fügelinien 27
28 Filterbeutel
29 Filterbeutel
30 Anschlußstück
31 Anschlußstück
32 Mehrfach-Faltenfilter
33 Fügelinien 34 Material
35 Filtermaterial mit Aktivkohle
"α" Winkel
B1 , B2, B3, B4 Bereiche
D Überlappungsbereiche.
D1 , D2 Maße
ΔB Maß
E Ebene
L1 , L2, L3 Linien
P, P1 , P2 Pfeile
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Claims

Patentansprüche:
1. Faltenfilter aus mindestens einer Werkstoffbahn (2) aus Fasermaterial wie Vlies, insbesondere mit thermoplastischen Fasern und/oder thermoplastischen Bindemitteln, mit wellenförmigen Auffaltungen (6, 8), die in Abständen durch Energieeintrag fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auffaltungen (6, 8) in ihren Längsrichtungen in Bereichen ("D") überlappen und in den Überlappungsbereichen zumindest stellenweise in Fügezonen (7) fixiert sind.
2. Faltenfilter aus mindestens einer Werkstoffbahn (2) aus Fasermaterial wie Vlies, insbesondere mit thermoplastischen Fasern und/oder thermoplastischen Bindemitteln, mit durch Energieeintrag erzeugten Verdichtungsbereichen (9, 10), die zwischen sich Filterflächen (5) einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsbereiche (9, 10) als Stege (11 , 13) ausgebildet sind und sich mit den Maßen (B1 , B2, B3, B4) über einen Abstand von 1 bis 30 mm von den Faltkanten (4, 4a, 4b, 4c) ausgehend erstrecken und jenseits der oder zwischen den Filterflächen (5) liegen.
3. Faltenfilter aus mindestens einer Werkstoffbahn (2) aus Fasermaterial wie Vlies, insbesondere mit thermoplastischen Fasern und/oder thermoplastischen Bindemitteln, mit Auffaltungen (6, 8) und mit einem Randbereich (18), dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) durch Energieeintrag verfestigt und stabilisiert ist.
4. Faltenfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffaltungen (6, 8) an ihren randseitigen Enden unter Bildung von Verschlußwänden (19, 20) in den Randbereich (18) komprimiert sind.
5. Faltenfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) auf seinem gesamten Umfang verfestigt und stabilisiert ist.
6. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenfilter einen Randbereich (18) aufweist, der Material der Werkstoffbahn (2) enthält und gegenüber dem Ursprungszustand der Werkstoffbahn (2) verdichtet und verfestigt ausgebildet ist.
7. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenfilter eine im wesentlichen ebene Hauptfläche (16) aufweist, aus der die Auffaltungen (6, 8) auf mindestens einer Seite vorstehen.
8. Faltenfilter nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Falthilfen aus der Gruppe Faltlinien (3, 3a) und Faltkanten (4, 4a, 4b, 4c), die zwischen sich Filterflächen (5) einschließen, wobei das Fasermaterial im Bereich der Faltlinien (3, 3a) auf mindestens einer Seite der Filterflächen (5) gegenüber dem Ursprungszustand des Fasermaterials durch Energieeintrag zu streifen- oder punktförmigen Fügezonen (7) gegenüber der ursprünglichen Dicke des Fasermaterials verdichtet und verfestigt ist, und daß die wellenförmigen Auffaltungen (6, 8) quer zu den Faltlinien (3, 3a) verlaufen,
9. Faltenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (13) durch Mehrfachfaltungen mit mindestens drei Faltkanten (4a, 4b, 4c) gebildet sind, derart, daß jeweils mehr als zwei Lagen der Werkstoffbahn (2) aufeinanderliegen und in diesem Bereich (B1 , B2, B3) verdichtet und miteinander verbunden sind.
10. Faltenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (11 , 13) auf der Anströmseite angeordnet sind.
11 . Faltenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (11 , 13) auf der Abströmseite angeordnet sind.
12. Faltenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterflächen (5) zwischen den Verdichtungsbereichen (9, 10) zumindest im wesentlichen eben ausgebildet sind.
13. Faltenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterflächen (5) zwischen den Stegen (11 , 13) und quer zu den Faltlinien (3, 3a) durch Auffaltungen (6, 8) mit einer Wellen- oder Röhrenform versehen und entlang den Faltlinien (3, 3a) unter Fixierung der Wellenform durch streifen- oder punktförmige Fügezonen (7) gegenüber der ursprünglichen Dicke verdichtet sind.
14. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügezonen (7) der Auffaltungen (6, 8) jeweils an den Eckpunkten imaginärer Rechtecke auf zueinander parallelen Linien liegen.
15. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügezonen (7) der Auffaltungen (6, 8) jeweils an den Eckpunkten imaginärer Parallelogramme auf zueinander parallelen Linien liegen.
16. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügezonen (7) jeweils benachbarter Auffaltungen (6, 8) paarweise in Richtung der Auffaltungen (6, 8) versetzt zueinander angeordnet sind.
17. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 und 13 und nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffaltungen (6, 8) Wellen oder Röhren (15) bilden, die in Abständen flachgedrückt und durch einen Fügevorgang im Randbereich (18) fixiert sind.
18. Faltenfilter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffbahn (2) quer zu den Wellen oder Röhren in Zick-Zack-- Form aufgefaltet ist und daß die Enden dieser Zick-Zack-Faltungen (17) in den ebenen Randbereich (18) des Faltenfilters verformt und dort verdichtet und verfestigt sind.
19. Faltenfilter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zick-Zack-Faltung (17) die Form eines spitzwinkliger Daches hat, und daß die Enden dieser Faltungen (17) Verschlußwände (20) bilden.
20. Faltenfilter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zick-Zack-Faltungen (17) beiderseits des verfestigten Randbereiches (18) erstrecken.
21. Faltenfilter nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) durch zusätzliche linienförmige Fügezonen (22) verstärkt ausgebildet ist.
22. Faltenfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) durch eine fixierte Profilierung verstärkt ausgebildet ist.
23. Faltenfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) durch Aufbringen von Zusatzwerkstoff (23) verstärkt ausgebildet ist.
24. Faltenfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) in einen Rahmen (24) eingespannt ist.
25. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 20 und 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche (18) benachbarter Faltenfilter (1 , 1a) formschlüssig in eine Verbindungsschiene (25) eingeschoben sind.
26. Faltenfilter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußwände (20) an den Enden der Faltungen (17) mit einer Querkomponente zu den Faltlinien (3) in den Randbereich (18) geprägt sind, derart, daß durch den Prägevorgang verdrängtes Material zu Seitenwülsten (20a) verformt ist.
27. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite des Faltenfilters (1) ein zusätzliches Filtermaterial (35) als Vor- und/oder Nachfilter angeordnet ist.
28. Faltenfilter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Filtermaterial mindestens teilweise aus Aktivkohle besteht.
29. Faltenfilter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Filtermaterial ein Grobfilter aus einer netzartigen Struktur ist.
30. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffbahn (2) zu einem Beutel (28, 29) zusammengelegt ist, der an seinem einen Ende durch die Verfestigung des dort befindlichen Randbereichs (26) verschlossen ist, und daß der Beutel (28, 20) ein Anschlußstück (30, 31 ) für einen Saugstutzen eines Staubsaugers besitzt.
31. Faltenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffbahn (2) zu einem trapezförmig geformten Taschenfilter (32) verfestigt ist und ein- oder beidseitig asymmetrische röhrenförmige Auffaltungen (6, 8) besitzt.
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